[发明专利]一种基于图像视觉的无人船避障装置及方法

权利要求书

1.一种基于图像视觉的无人船避障装置，其特征在于，包括摄像头、图像处理器、船体控制器以及云台，所述摄像头经图像处理器与船体控制器，所述摄像头设置于所述云台上，并通过云台控制与水面成角度固定于无人船船头位置，以拍摄无人船前方水面图像。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述摄像头为CCD摄像头，所述图像处理器为树莓派3B控制板，所述船体控制器为STM32控制器，CCD摄像头通过USB接口与树莓派3B控制板连接，树莓派3B控制板通过RS232串口与STM32控制器进行数据传输。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，当无人船在航行的过程中，图像处理器会实时地处理摄像头传送过来的图像，计算出障碍物的质心；而后，根据计算得出的障碍物的质心、摄像头的分辨率及摄像头拍摄的实际物理大小，判断得出无人船方向舵应该转动的角度；进而，图像处理器将要转动的角度发送给船体控制器，船体控制器将对无人船方向舵进行相应的调整实现对障碍物的规避。

4.一种基于权利要求1至3任一所述装置的避障方法，其特征在于，包括如下步骤：

对得到的水面图像进行灰度处理得到灰度图像；对灰度图像进行中值滤波来消除太阳光反射对障碍物识别形成的干扰；对滤波后的图像进行浮雕预处理，是指标绘图像上的一个像素与其相邻左上方的像素之间差值，为了使图像保持预定的亮度，在处理过程中为此差值加一个数值为128的常量，对图像的每一个像素f(i，j)进行操作

f(i，j)＝f(i，j)-f(i-1，j-1)+128

该操作突出了边缘像素，消除了水面图像的边缘，且图像信息也没有过多丢失；对浮雕预处理的水面图像进行水面/河岸分割，沿列方向均匀分割为N幅子图像f_j，其中j＝1，2,……N,N>3，根据上一时刻各子图像包含的水面/河岸的第一概率为计算当前时刻各子图像包含水面/河岸的第二概率以及令则对应的子图像f_max即为水面/河岸所在的图像，并将该子图像f_max所在位置上方的图像从水面图像中去除，得到水面区域的图像；对分割后的图像进行改进的Grabcut算法进行障碍物的提取，得到一个包含障碍物的二值化的图像；对得到的二值化图像进行canny边缘检测得到障碍物的轮廓；以图像像素点(0，0)为原点，以行、列方向为正方向建立直角坐标系，得到所得障碍物的质心坐标，标记为(x，y)。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

假设摄像头的分辨率是(m，n)，摄像头拍摄的实际物理大小是M米*N米，则在行方向上每个像素点代表的实际物理距离是M/m米，在列方向上每个像素点代表的实际物理距离是N/n米，则障碍物质心点距离摄像头的水平距离是[(y-m/2)*M/m]米，距离摄像头竖直距离是[(n-x)*N/n+h/tanθ]米，进一步得到障碍物和摄像头所成的平面角β＝arctan{[(y-m/2)*M/m]/[(n-x)*N/n+h/tanθ]}；因此，判断得出无人船方向舵应该转动的角度为α＝90-β；进一步的，图像处理器将要转动的角度发送给船体控制器，船体控制器将对无人船方向舵进行相应的调整实现对障碍物的规避。